高电压技术 第五章 (绝缘预防性实验).ppt

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1、高电压实验的目的和任务,1.熟悉和掌握高电压试验的基本技术。2.通过实验，培养同学分析问题和解决问题的能力，使同学们初步掌握进行高压实验研究的一些基本方法。3.树立安全第一的观点，保证人身和设备的安全是进行高压试验特别强调的问题，思想上必须自始至终保持高度的重视。4.培养同学重视实际、遵守制度、爱护国家财产和严谨踏实的工作作风。,高电压实验前的检查,检查设备、仪表有无损坏。如有损坏,应立即向教师报告。检查接线是否正确。安全距离是否符合规定，带电部分与周围物体的距离必须符合下表规定。,接地和接地杆：接地必须可靠。固定设备的地线可用扁钢、铜条或铝条;接地杆的接地线须用多股裸线牢固地接在地线带上。实

2、验前，应将接地杆从高压端取下。凡不参与实验的设备，外壳均需接地，尤其是电容器，应短路接地。遮拦与连锁：做高压试验，必须要有遮栏，实验者必须在遮栏外，不得向试区探头，伸手。每个实验室应有必要的连锁装置，如门连锁、零位连锁等。调压设备应处于零位。所有接线经两人检查确实无误后，再请教师检查。未经教师允许，同学不得擅自合闸。,高电压实验中的注意事项,1.做高压实验必须严肃、认真、精力集中。高压操作者，手不要离开跳闸按扭，注意监视电表及现场，不得擅离职守。实验时，不得谈笑或进行其它工作。若要讨论问题时，应先跳闸，暂停实验后进行。2.呼叫口令：实验中的几项重要操作，操作者要分别呼叫“高压合闸”、去掉接地杆

3、的口令，当监护人同意并重复上述操作口令后方能进行具体操作。3.调压、升压时，必须从零均匀缓慢的升压，做完试验，应使调压器退回零位。,4.当试品放电、击穿或加压过程中出现异常现象时，应立即跳闸，随即将调压器退回零位。(当对电气设备进行耐压试验时，试验完毕先将调压器退至零位后再跳闸)。5.故障处理：当实验中发生故障时，应立即跳闸，调压器退回零位，并报告教师处理。若为人身事故，应立即进行抢救。重大事故还要报告上级领导。6.记录：必须有一人记录，记录要整齐、清楚，实验结束请教师签字后方能拆线。必要放电：试验完毕或更换试件时，应切断电源将调压器退回零位，并用接地杆对高压放电。当对电容器放电时，为保护电容

4、器，应使电容器先经电阻(如水阻)放电，然后再短路放电。,实验后的整理,1.实验后，一定要用接地杆对电容器以及电容性设备进行充分放电，并将接地杆放在该设备的高压端上，否则人不得触及。2.将实验场所恢复整剂，仪器、仪表及拆除的导线应整齐地放回原处，切除电源、关灯关窗后方离开实验室。,Chapter 5. 电气设备绝缘试验,绝缘缺陷：,如绝缘开裂、局部磨损、内含气泡等,局部性（集中性）缺陷,整体性（分布性）缺陷,如绝缘全面受潮、老化引起绝缘性能下降,绝缘试验的类型,非破坏性试验（检查性试验）：指在较低的电压下或用其他不损伤绝缘的方法测量绝缘的各种特性，由此判断绝缘内部的缺陷。绝缘电阻和吸收比、泄漏电

5、流、介质损耗角正切、电压分布、局部放电、油中溶解气体的色谱分析,破坏性试验（耐压试验）：指在绝缘上施加高于工作电压的试验电压，直接检验绝缘的耐压水平。交流耐压、直流耐压、冲击耐压,5.1 绝缘检查性试验,一. 绝缘电阻和吸收比测量,1. 多层介质的吸收现象,随时间，最终达Ig,电压按电容反比分配,电压按电阻正比分配,电压过渡过程：,时间常数,流过双层介质的电流：,或,（稳态）电导电流：（泄漏电流）,吸收电流：,2. 绝缘电阻：施加直流电压时测得的电阻，通常指吸收电流衰减完毕后测得的稳态电阻值。,吸收比：,受潮时，绝缘电阻显著降低，Ig 显著增大，ia 迅速衰减。因此，K能揭示绝缘整体受潮、局部

6、严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。,吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。一般以 作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适，有些变压器的 虽大于1.3，但R值却很低；有些 ，但 R值却很高。所以应将R值和 值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。,测试功效 :可有效地发现：（1）两极间有穿透性的导电通道 （2）整体受潮或局部严重受潮 （3）表面污秽 不能发现的缺陷： (1) 绝缘中的局部缺陷 (2) 绝缘的老化 判断方法：将所测电阻值与标准及以往历史数据比 较,3. 兆欧表（摇表）,被试绝缘接在端子L和E之间，而保护端子G的作用是使绝缘表面泄

7、漏电流不要流过线圈,测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。,手摇式兆欧表测量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表示了它的测量原理。,4. 泄漏电流测量,试验电压比兆欧表工作电压高得多:35kV以下设备：1030kV110kV及以上设备：40kV,电压可随意调节，可监测泄漏电流的变化,能发现兆欧表不能发现的某些绝缘缺陷,泄漏电流实验接线图,a接线：测量准确，A 表在低压侧，读数操作安全，但试品不接地 b接线：试品一端接地，测量系统在高压侧。为防止测量系统和试品高压侧电极及引线的电晕，需加屏蔽。仪表在高压侧，操作观察时特别注意安全,二. 介质损耗角正切 的测量,1测试功效,有效：整体受潮、全面老

8、化 b小电容试品的严重局部缺陷绕组上附积油泥 绝缘油脏污劣化等,很少有效：大容量设备的局部缺陷,2. 西林电桥,通常施加 510kV交流电压,电桥平衡时：,即：,或,则：,3. 西林电桥接线,正接线：点接地，点接高压，试品两端不能接地。电桥可调部分处于低电位，调试方便安全，主要用于实验室试验 反接线：点接高压，点接地，试品一端直接接地。电桥本体应有高绝缘强度，有可靠的接地线 ，适用于现场试验,西林电桥反接线,4. 测量的影响因素,三. 局部放电及其测量（Partial Discharge,PD),1. 局部放电一般概念,对于测量套管、电机、变压器、电缆等绝缘的裂缝、气泡等内在的局部缺陷比较有效

9、。,局部放电等值电路,气隙每次放电所释放出的电荷量为：,真实放电量 无法测量,放电时Ca 上的电压变动为：,即气隙放电时，试品两端电压会下降 ，这相当于试品放掉电荷q：,视在放电量,但qqr， q能相对反映qr的大小,直流电压下的局部放电比交流电压下弱得多,2. 局部放电参数,(1) 视在放电量q,(2) 放电重复率N,(3) 放电能量W,通常指一次放电所消耗的能量,令,则脉冲电流：,放电能量：,设气隙开始出现局部放电（ ）时的外加电压瞬时值为 ，则有：,W的大小对电介质的老化速度有显著影响,3. 局部放电检测方法,伴随局部放电会出现许多现象：电气方面的如电流脉冲、介质损耗增大、电磁波辐射等；

10、非电方面的如光、热、噪声、气压变化、化学变化等，利用这些派生现象可以对局部放电进行测量。,(1). 非电检测法,超声波检测法Ultra-high Frequency,UHF（声测法)工作原理：通过检测局放产生的声波信号实现局放测量特点：抗干扰能力强，使用方便，可以在运行中或耐压实验时检测局部放电，常用作放电定位。目前体外特高频传感的GIS局部放电在线检测、定位和诊断，研究佷活跃,用于局部放电测量的超声检测系统，一般都包括三个基本部分，即声电转换、电信号放大以及信号显示。,声测量系统的方框图,原理：通过测量局放产生的光辐射实现局放测量。光电转换后，通过检测光电流的特性可以实现局放类型识别。沿面放

11、电和电晕放电用光测法效果较好,光检测法,用气相色谱仪，通过检测变压器油分解出的各种气体的组成和浓度来确定故障（局放、过热等）状态。局部放电引起的气相色谱特征是C2H2 和H2 的含量较大。特点：灵敏度高，操作简单，且设备不需要停电， 适合在线绝缘监测。,色谱分析法（DGA , Dissolved Gas Analysis),(2). 电气检测法,脉冲电流法,原理：发生局部放电时，试品两端出现瞬时的电压降落，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它变换成电压脉冲后用示波器等测量其波形或幅值，由于其大小与视在放电量成正比，经过校准就能得到视在放电量，一般单位用pC此方法灵敏度高，应用广泛。,基本测试回

12、路,a)并联测试回路,b)串联测试回路,c)桥式测试回路,数字化测试 脉冲信号 传统方法用示波器观测计算机辅助测试系统与传统的测试方法相结合,作出各种谱图和统计量，来分析局部放电情况。,电气设备绝缘的高电压试验,什么是绝缘的高电压试验？ 人工制造一个工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。,特点： 具有破坏性试验的性质。 一般用于设备的各种交接期、运行试验周期、大修改造后、或怀疑设备有缺陷时进行，以试图因此发现设备隐患避免设备事故或界定责任。,难点问题： 由于电气设备电压和容量的不断提高，相应要获得

13、各种符合要求的试验用高电压和大容量越来越困难，这是高电压试验技术发展中需要不断解决的问题。工频高电压实验 直流高电压试验 冲击高电压试验,5.2 绝缘的高电压试验,一.工频交流耐压试验,工频交流耐压试验是用来检验绝缘在工频交流电压下的性能，在有些场合也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压的耐受能力。,1. 高压试验变压器的特点：,变比大，绝缘裕度小,容量不大,2. 试验变压器串级装置,采用串接线路把几台试变串接起来，获得很高的试验电压，在技术上和经济上都比较合理。,油箱本体不高，套管又长又大,运行时间不长，不需要复杂的冷却系统,漏抗大，短路电流小,累接式串接试验变压器：,串级装置的容量利

14、用率：,T3的容量为：,T2的容量为：,T1的容量为：,装置容量利用系数：,n级装置容量利用系数：,800kV工频试变,3. 工频高压试验的基本接线,（1）调压方式,自耦调压器：输出波形好、体积小、价格便宜， 适于小容量工频试验变压器的调压,移圈式调压器： 容量大、波形有一定畸变，适于应用在对波形要求不严格，且工频试验变压器容量较大的场合,电动机发电机组调压： 能得到很好的正弦波形并能均匀调压，设备昂贵、保养维修费用高，用于对试验要求很严格的大型试验基地,（2）“容升”现象,工频交流耐压试验，试验变压器的负荷为容性,工频交流耐压试验，应直接测量被试品两端电压,4. 解决试验设备容量不足的办法,

15、对电缆、电容器等电容量较大的试品，为避免试验回路显著的“容升现象”或谐振；试验波形严重畸变需要补偿试品需要的超前无功功率,对大容量试品进行交流耐压试验，当试验设备容量不足时，也可采用补偿超前无功功率来满足试验条件,串连谐振：,当 ，电路发生串连谐振,电源输出无功功率为零，只需提供有功功率,品质因数,被试品上电压,被试品功率,可见在较低的电源电压下可获得较高的试验电压，在较低的电源功率下可以获得较大的试验功率,通常,5. 工频高电压的测量,球隙测压器测峰值,静电电压表测有效值,峰值电压表,分压器配低压仪表测量,1可动电极 2固定电极 3 屏蔽电极 4灯泡 5、6反光镜7标尺 8曲杆 O转轴,静电

16、电压表工作原理,分压比：,对纯电容分压器：,对纯电阻分压器：,二. 直流高压试验,1. 直流高压试验的场合,被试品的电容量很大的设备(如长电缆、电力电容器)常用直流高电压试验来代替工频电压试验。,对直流输电设备进行直流高压试验。,泄漏电流测量,2. 直流高压试验的特点,试验设备容量小，重量轻，便于现场试验；,可同时进行泄漏电流测量,直流耐压试验更能有效发现电机定子端部的绝缘缺陷,对绝缘损伤小,对交流电气设备绝缘的考验不如交流耐压试验接近实际,3. 直流高电压的产生,2Um,串级直流高压发生器,4. 直流高电压的测量,用球隙测压器测量直流高压的最大值；,用静电电压表测量直流高压的平均值；,用高值

17、电阻串接微安表或高值电阻分压器配低压仪表测量；,三. 冲击高电压试验,冲击高电压试验是用来检验各种高压电气设备在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。,1. 单级冲击电压发生器,通常,在波前时间范围内,同样在波长时间范围内,冲击电压 发生器 利 用系数,开关合闸后，C1和C2上的电压最大值可达：,2.多级 冲击电压发生器(Marx回路）,原理接线图,工作原理：并联充电、串联放电,充电过程:,各级电容器C经数目不等的充电电阻R并联地由电压为UC的整流电源充电，在充电时间足够长时，全部电容都几乎能充电到电压UC，点2、4、6、8对地电位均为UC，而点1、3、5、7均为地电位。,放电过程

18、:,一旦第一对火花球隙F1被击穿，各级球隙F2、F3、F4将迅速依次击穿，各台电容器被串连起来，发生器立即从充电状态转为放电过程，F1被称为“点火球隙”。,-UC,-2UC,-2UC,-3UC,-3UC,-4UC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,放电等值回路:,说明: 无论从隔离相邻各点的作用看，还是从减轻附加放电的不利影响来看，R值都必须足够大； 由于各级球隙F1F4上击穿前出现的电压是逐级增大的，所以通常将各级球隙的极间距离也调整成逐级增大； 把阻尼电阻R11分散到各级中去，阻尼各种杂散参数构成的杂散振荡，元件安装结构上也比较合理；,冲击电压发生器的起动方式: 自起动方式 点火脉冲起动

19、,点火球隙：1接地球极2针极3绝缘体4高压球极,600kV冲击电压发生器,采用足够大的屏蔽电极，可大大缩小发生器对周围物体的安全距离。图中为小块金属片拼成的单环屏蔽电极，也可以用双环或球形,3. 冲击电压发生器的近似计算,决定波前时间T1时忽略 的作用：,则,其中,由 的定义：,ABD 与 0CF相似，,决定波长时间T2时忽略 的作用：,则,其中,由 的定义：,多级冲击电压发生器波形调整：,波前时间,一般调波前电阻R12,波长时间,一般调波尾电阻R2,幅值：增加n，可增大U2m；调整各级UC,利用系数：,冲击电压发生器设计：,由所要求的试验电压波形（已知 ），求出各回路参数,一般取 ，在保证不

20、出现寄生振荡的前提下， 尽可能小,试用近似计算法初步确定冲击电压发生器的各个参数，并选定高压电容的规格与数量。设冲击主电容C1与波前电容C2的比值为10，原始数据如下：(1)波形1.2/50us;(2)能实际得到的冲击电压幅值1000kV;(3)每次放电的能量为0.5 104W s;(4)高压脉冲电容的额定电压200kV。,4. 冲击电压的测量,用分压器测量,1. 分压器的方波响应,对分压器的技术要求： 分压比的准确度和稳定性（幅值误差要小）； 分出的电压与被测高电压波形的相似性 （波形畸变要小）；分压器及其测量系统性能的好坏，通常用方波响应来评估。,方波响应时间：,T越大，误差越大，过冲必须限制在一定范围内,2. 电阻分压器,3. 电容分压器,冲击电压数字测量系统,四. 绝缘状态的综合判断,“三比较法”,本章总结：,1. 绝缘试验的意义2. 绝缘预防性试验的主要项目：绝缘电阻和吸收比、介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电各试验项目能反映的绝缘缺陷、试验方法3. 绝缘高压试验工频耐压试验、直流高压试验、冲击耐压试验实验意义、试验装置和组成、高电压测试方法4. 绝缘的综合判断,